20000吨超高功率石墨电极技改项目可行性研究报告.doc

20000吨超高功率石墨电极技改项目
1．企业概况
xxxx炭素有限公司，是中国铝业公司与xxxx市政府联合推荐，由xxxx省xxxx市经天空间结构有限公司和xxxx碳素厂共同投资兴建的,xxxx市当地政府从整合地方炭素优势、调整产品结构的战略高度批准并促成创办的xxxx市第一家国企、民企强强联合型企业，注册资金为3000万元人民币。企业以大规格超高功率石墨电极为主导产品。公司占地约70000平方米，建筑面积20000平方米，现有员工200名，其中具有中、高级职称的员工50名。
2．项目简介
xxxx炭素有限公司以超高功率石墨电极为主导产品，设计能力为20000吨/年。超高功率石墨电极主要用于大型电炉炼钢。这两种产品我国目前还主要依靠进口，该项目的建成将会为我国钢铁产业的发展做出重要贡献。产品主要原料是针状焦、石油焦和煤沥青，按照一定配方进行配料，以挤压方式成型，再经过焙烧，为了提高产品密实度还要对制品进一步浸渍，产品经过2700度高温石墨化，产品有较高的导电性和导热性以及合适的强度，最后经过机械加工，使外形尺寸满足用户要求，形成最终产品。
该项目建设主要煅烧、成型、焙烧、浸渍、二次焙烧、石墨化、机加工以及部分基础设施。其中石墨化与当地焦化厂以合作形式投资，主要是利用焦化厂余热电厂电力，实现能源综合利用，降低投资，也降低生产成本，提高产品竞争力。项目总投资2.32亿，现已完成1.45亿元。
3．市场分析及产品方案
3.1我国石墨电极需求量
石墨电极主要用于电炉炼钢、炼硅，炼黄磷等电冶炼行业，目前我国电炉炼钢用石墨电极占总产量的90%以上，因此，我国钢铁行业发展的快慢对高品质石墨电极的需求起到至关重要的影响。近几年我国钢铁产量增长极为迅速，年均产量增长速度在20%左右，2001年我国钢产量在1.51亿吨，到2006年钢产量猛增至4.19亿吨。我国的钢铁产量大幅增长主要来自于国内钢铁企业的大规模扩建，但同时也受到国内需求水平、进出口情况及原料供给情况的影响。
电炉台冶炼技术和生产效率的提高，以及消费水平的升级带动合金钢和不锈钢消费增加，使得近几年我国电炉钢在总量上呈现上升态势，2006年我国钢产量为4.19亿吨，电炉钢产量为4700万吨左右，占总产量的11%左右，尽管总量上升，但与世界30%的平均比例存在很大差距。有很大的发展潜力，
按电炉炼钢每吨理论消耗电极5公斤计算，近几年我国炼钢用石墨电极需求量的统计如下：

随着电炉炼钢产能的增加，对石墨电极的需求将继续稳步提升。
3.2我国石墨电极产量
近几年，受我国钢产量逐年增长等因素影响，我国的石墨电极产量也呈逐年上升的趋势。

2006年我国石墨电极总产量为40.58万吨，对比2001年，产量增长了85.6%。
近年来，我国高功率和超高功率石墨电极的占总产量的比例有增加的趋势，其中，超高功率石墨电极2006年占总产量的比例已超过了20%，高功率石墨电极所占比例接近40%。
随着电炉炼钢技术的快速发展，电炉炼钢由小容量普通功率电炉逐步向大容量高功率或超高功率电炉发展，以降低能耗，提高电炉钢的质量，我国产业政策也限制中小容量电炉，鼓励发展超高功率大容量电炉，因此，中小规格普通功率石墨电极市场逐渐萎缩。
高功率或超高功率大规格石墨电极需要从国外进口，而普通功率中小规格石墨电极却低价出口，这种趋势将会越来越明显，本项目立足于抓住市场时机，生产高品质的石墨电极产品，会对提高我国石墨电极产品总体质量及减少进口量起到积极的推动作用。
3.3进出口情况
近十年来，国际石墨电极市场格局发生了很大的变化，石墨电极生产大国，如美国、日本、德国、法国等相继关停了部分专业生产企业，逐步减少石墨电极产量，在国际市场上由输出方转变方转变为购买方，使得石墨电极的高端产品越来越紧缺，给中国等发展中国家的炭素企业提供了很好的发展机会。
近几年，我国炼钢用石墨电极出口量呈快速增长的态势，2001年我国炼钢用石墨电极出口量仅为6万吨，2006年已增长到16.2万吨左右。同快速增长的出口量相比，进口量一直保持在2万吨左右。

可以预计，我国的大规格高功率尤其是超高功率石墨电极市场前景看好，这给拥有大型挤压机生产厂家带来很好的发展机遇。
4．建设条件
4.1、厂址
xxxx市位于xxxx晋中部，地处太原盆地西南端，太岳山脉的西北侧，汾河南畔，是太原经济区南部的区级中心城市。全市四境与五县毗邻；东北与平遥、汾阳接壤，西南与灵石相连，西北与孝义相望、东南与沁源界山为邻。市境地理坐标在东经111°44′10″－112°10′14″，北纬36°50′01″－37°11′04″之间。城市东西长38.5公里，南北宽38公里，总面积946平方公里，xxxx市政府驻地城关乡。
公司位于xxxx市东南角，厂区距城区约2公里，距国铁同蒲铁路仅240米，距高速出口500米并紧靠大运公路。
4.2、地区经济条件
xxxx市是一座快速崛起的工业城市，是以焦炭产业为主，并发展钢铁、电力、化工、炭素、旅游等多种产业并举的经济强市，其能源优势得天独厚。xxxx市炭素产业占有很重要的地位，发展迅速，目前已有大小企业20余家，产品涉及炼钢用石墨电极、铝用炭素等多个品种，产量近20万吨。
4.3、电源
本电极改造项目采用网上购电，110KV供电等级，双回路供电方案。
4.4、水源
本电极改造项目新增新水用量为300m3/d。厂内现有水井可满足100 m3/h的新水供应量，可以满足本项目的用水需要。
4.5、交通运输
xxxx市地处xxxx腹地，铁路货运及公路动力均列全省前茅。南同蒲铁路和大运公路自东北向西南纵贯全市。1999年扩建的大运一级路以及2003年贯通的大运高速公路从xxxx市东北至西南过境，此外，区内还有介汾公路、介西铁路支线及一些机关、厂矿的专用铁路、公路钱等，交通运输十分便利
5．企业优势
5.1、区域优势
xxxx市的炭素产业发展得益于xxxx市独特的能源优势和经济环境。炭素是一个高能耗产业，需要冶金焦、沥青和充足的电力，而xxxx市的焦化工、电力产业的发展为此提供了十分便利的条件，使得xxxx市的炭素产业在全国具有明显的竞争优势。
xxxx市炭素产业发展还得益于位于xxxx市的老牌国有企业xxxx碳素厂的带动和支持。xxxx碳素厂始建于70年代末，是隶属于中国铝业公司的专业炭素生产企业，其生产规模和基础设施装备水平在国内同行业中名列前茅。80年代末到90年代中期为我国电解铝产业的发展做出了重大贡献，也带动了周边地区炭素产业的发展。尤其是国有企业拥有的高素质的科技人才和产业队伍，为xxxx市的炭素产业发展奠定了良好的基础。
xxxx市目前已具备一定生产规模的炭素企业有近十家，主要有xxxx炭素有限公司、巨源炭素有限公司，士达炭素有限公司、创新炭素有限公司等。其它小型炭素企业主要以单个工序加工为主。其中焙烧加工企业有10多家，主要是利用焦炉煤气作燃料，投资少，加工能力总共约6万吨左右。另有石墨化加工企业两个，石墨化能力合计3万吨，主要利用矸石电厂较便宜的电价优势，具有一定竞争力。
同行业中xxxx炭素在周边众多炭素厂中拥有特有的优势：xxxx碳素厂作为投资者之一，为xxxx公司提供了人才优势、技术优势、市场优势，而民营机制又为企业注入了国有体制难以比拟的活力。xxxx公司从组建、设计到施工投产，遵循高标准、高起点、高质量的原则，其装备水平在国内具备领先水平，又具有国内同类企业无法相比的区域和能源优势，具有很强竞争力。
5.2、技术及设备装备优势
xxxx公司拥有国内最先进的3500吨挤压机及配套的炭素专业生产设施，具备生产高质量阴极和大规格石墨电极的能力，且吸收了合资方xxxx碳素厂多年积累下来的经验，已成功生产国内最先进的石墨阴极炭块和大规格石墨电极。
5.3、能源优势
生产炭素的主要原料为无烟煤、石油焦和沥青，并消耗大量的冶金焦和电力。这对处于能源重地的xxxx公司具备了很大的成本优势，可以较低的价格获取高质量的煤、焦、沥青、电力，有很强的竞争力。
5.4、基础资源优势
xxxx公司可以充分利用山碳原有的铁路专用线，自备水井，10KV和110KV专用输电线路。厂区紧临高速路口和大运公路，有着极为便利的交通优势。
5.5、体制优势
xxxx公司吸收了传统国有企业的技术优势和民营管理体制，具有灵活、高效、负担轻、管理成本低等优势。
6．项目方案
6.1、方案概述
本方案以生产超高功率石墨电极为主。项目分两期完成，一期主要建设项目有煅烧、成型、焙烧，二期主要建设项目有浸渍、二次焙烧、机加以及合作项目串接石墨化，最终形成20000吨超高功率石墨电极产能。
6.2、产品规格及质量要求
6.2.1 产品规格
ф550×2400mm
ф600×2400mm
ф700×2400mm
6.2.2 产品质量要求
超高功率石墨电极标准《YB/T4090-2000》
项 目
单 位
电 极
接 头
电阻率（不大于）
10－6Ω.m
6.5
5.5
抗折强度（不小于）
MPa
10.0
16.0
弹性模量（不大于）
GPa
14.0
18.0
体积密度（不小于）
g/cm3
1.64
1.70
热膨胀系数（不大于）（100~600℃）
10－6Ω.m
1.5
1.4
灰份（不大于）
%
0.3
0.3
6.3 原料质量要求
6.3.1 延迟石油焦
石油焦的质量应符合SH0527-92 2A、2B标准,见下表:
延迟石油焦质量标准(SH0527-92)
项目
质 量 指 标
试验方法
1A
1B
2A
2B
碱 份% 不大于
0.5
0.8
1.0
1.5
GB/T387
挥发份% 不大于
12
14
14
17
SH/T0026
灰 份% 不大于
0.3
0.5
0.5
0.5
SH/T0029
水 份% 不大于
3
SH/T0032
真密度g/cm3 不大于
实测

SH/T0033
焦粉量% <8mm
实测

注: 水份不作为考核依据。
6.3.2煅烧针状焦质量要求
指标名称
单位
指标
热膨胀系数（30~100℃）
10－6/℃
≤0.25
真密度
g/cm3
≥2.12
硫份
%
≤0.7
挥发份
%
≤0.3
灰份
%
≤0.15
水份
%
≤0.5
堆积比重（3/6目粒度）
g/cm3
0.77~0.81
钒含量
PPm
2~6
电阻率
10－6Ω.m
≤500
6.3.3粘结剂沥青
固 定 炭： ≥ 56%
甲苯不溶物含量： 30～35%
喹啉不溶物含量： <13%
软化点(环球法)： 94～99℃
灰 分： <0.3%
密 度： ～1.32 g/cm3
6.3.4 浸渍剂沥青
固 定 碳： ≥ 50%
甲苯不溶物含量： 12～14%
喹啉不溶物含量： <0.3%
软化点(环球法)： 80～85℃
灰 分： <0.1%
密 度： ～1.26 g/cm3
6.3.5 操作介质技术指标
6.3.6 燃料
燃料种类: 发生炉煤气
热 值: ～7500KJ/m3
6.3.7 导热油(热媒)
级 别： YD-300
密 度： (20℃)0.82～0.86g/cm3
粘 度： 50℃:10～14CP
250℃:0.33CP
比 热： 20℃:1.81KJ/kg.℃
250℃:3.10KJ/kg.℃
导热系数： 20℃:0.4412KJ/m.h.℃
250℃:0.3647KJ/m.h.℃
蒸汽压力: 100℃:5.60Pa
250℃:158.12Pa
热膨胀系数: 200℃:6.83×10-4%体积/℃
20℃:7.07×10-4%体积/℃
6.4．主要工艺技术方案
6.4.1原料仓库
本设计建设一座15´84 m地坪式原料仓库,原料的贮存要求按生产用量:石油焦贮存60天、煤沥青贮存60天考虑。
6.4.2沥青熔化
目前,国内炭素厂熔化粘结剂沥青,主要有连续快速熔化和容积式熔化槽两种熔化方式,均能满足本工程熔化沥青的质量及产量要求。当沥青需要量较大时,采用快速熔化方案比较合适。本工程需液体沥青6698t/a量不是很大,从基建投资,运行可靠、环保治理等方面,结合厂里实际情况,选用5台40吨容积式熔化槽方案。成品液态沥青用沥青输送泵送往生阳极车间配料工序,较以往采用的压缩空气输送方式,可避免沥青老化,操作简单。
6.4.3石油焦煅烧
目前国内石油焦煅烧主要有罐式煅烧炉和回转窑两种方式,罐式煅烧炉较回转窑有煅烧焦质量稳定,炭质烧损少,占地少,运行可靠,可以稳定地利用余热,正常生产不需外加燃料,运行费用低等优点。故本工程选用罐式煅烧炉方案,煅烧选用一台六组24 罐罐式煅烧炉煅烧石油焦,排料量为100 kg/h.罐。
6.4.4 中碎筛分
配料是影响最终产品体积密度以及均匀性的关键环节之一。中碎、筛分、磨粉都是围绕配料而设置。本系统要满足生产石墨化阴极和超高功率石墨电极，所用原料有三种，针状焦、石油焦、返回料。为此设置三个破碎、磨粉、筛分加工线，不仅产量大，4.5万吨/年，而且保证制品质量。
6.4.5 配料、混捏
本工程设计采用4台我国开发设计的3000升间断式混捏机(其中一台为备用)，3000升间断式混捏机是目前国内最成熟的混捏设备,该设备结构新颖,采用双轴单电动机传动,抽匣式底开门(液压)，导热油加热,混捏效果好,技术成熟可靠,可大大节省工程投资。每台混捏机可混捏糊料约2.5～2.8 t。
本工程采用间断式沥青漏斗电子秤配料方案,减量法计量,微机控制,精度高,节省投资。
干料配料采用间断式电子漏斗秤配料,一料一秤,精度高,周期快,硬件软件全部国产化,成熟可靠、投资低。
6.4.6均温醒糊及成型
大规格超高功率电极厂成型设备主要有大型油压挤压成型机和振动成型机，因国产35MN立捣卧挤油压成型机在设备制造和碳素企业生产等诸多方面均已相当成熟,一台35MN立捣卧挤油压成型机可以满足2万t/a产量及质量要求。
本工程年总产量20,000 t/a,年需生产生制品24847根,本设计采用一台35MN立捣卧挤油压成型机,产能约为6根/小时.台。
6.4.7焙烧
为提高石墨化制品生产技术水平和各项经济技术指标,本工程焙烧炉设计将在吸取国内外成熟经验和先进技术的基础上,采用国内开发掌握的每炉室6箱的36室和18室节能型环式焙烧炉各一台的技术方案。与国内目前普遍使用的带盖环式焙烧炉相比,具有装炉量大,挥发分利用程度好,吨产品能耗低,自动化控制水平高,产品质量均匀性好,环保条件好等优点。配套吊钩桥式起重机和填充料装出炉机组,机械化水平高。该技术方案有如下特点:
①采用新技术控制焙烧曲线和炉温,压力。对炉子的温度、燃料的流量、火道压力、烟道负压、一次风量及燃料供给系统和烟道内的安全进行全面监测和调控,可以保证火道温度按照焙烧曲线升温,温度偏差为±10℃。保证料箱上下温差100℃,水平温差100℃,既可使产品质量均匀得到保证,同时保证了燃料的合理利用,将大幅度降低燃料消耗。产品单耗约4180´103 KJ/t。
②本次设计焙烧炉将采用合理的材料构成,提高炉子火道的热力性能和炉子外表保温性能。使炉子的性能指标及炉子寿命远优于国内同类炉型。
③采用一炉箱一个小型炉盖的炉型结构，使厂房内的桥式起重机起焙烧车间房造价可降低近180万元人民币。重量由15t减少为5t，仅此一项可使每平方米厂房降低200元左右。
6.4.8高压浸渍
浸渍的目的是利用浸渍剂焦化后产生的碳填充焙烧品中的孔隙,在第一次浸渍后制品密度增加11～13.5%,这大大地增加了产品的机械强度,弹性模量和导电性。
整个浸渍过程由可编程序控制器自动控制和执行。
6.4.9二次焙烧
采用节能型焙烧炉对浸渍后制品进行二次焙烧。
二次焙烧的主要目的是将浸入到制品孔隙中的粘结剂焦化成碳,由于在热处理过程中制品不会产生变形和裂纹,因此在焙烧过程中不需使用填充料且可以大大提高升温速度,缩短焙烧周期。
6.4.10石墨化
炭素材料的石墨化方法有直接和间接两种，直接法是让电流通过炉芯，用炉芯电阻产生的焦耳热将制品加热到石墨化温度；间接法是电流不通过炉芯，用电磁感应热辐射把制品加热到石墨化温度，全世界普遍使用的工业石墨化产品主要是直接法，直接法分为电阻料发热加热制品的爱奇逊法和制品本身电阻发热的卡斯特拉法。爱奇逊炉在国内有较多的使用经验，但炉芯截面积梯度达到400℃，对大截面制品的石墨化易开裂，内热串接石墨化炉为新炉型，对产品长度没有限制，炉芯温度梯度公为100℃，有利于提高制品质量和成品率。
爱奇逊炉石墨化工艺是以装入炉骨的焙烧品与电阻率（焦粒）共同构成炉电阻，炉芯周围有很厚的保温料，通电后主要依靠电阻料发热来产生2000~3000℃的高温，从而使焙烧品石墨化的工艺过程。而内热串接炉石墨化工艺是一种不用电阻料，电流直接通过由数根焙烧品纵向串接的电极柱，从而产生高温使焙烧品石墨化的生产工艺过程。
由于内热串接石墨化炉是一种不用电阻料的内热式加热炉，电流通过产品产生的“焦耳热”，几乎大部分加热了焙烧品，所以焙烧品自身加热速度快，焙烧品温度均匀，所以热损失小，另外石墨化工艺本 身不用电阻料，简化了工艺操作，因此与爱奇逊石墨化炉相比，具有通电周期短、电耗低、炉芯温度高、炉芯温度分布均匀、产品质量好等优点。
因此本设计采用串接石墨化工艺，同时根据石墨电极产能要求，配置2组共20台（每组10台）串接石墨化炉。
6.4.11机加工
机械加工是石墨化阴极和电极生产品最后一道工序，成型后的毛坯经过焙烧和石墨化后尺寸有所变化，有时还有一定程度的弯曲和变形、碰损或掉块，表面还粘附一些填充料或其它杂质而显得粗糙不平，必须经过适当的表面加工，切削去一层表皮，并达到规定外部尺寸及表面光洁度。
在石墨电极行业，本体、接头加工复杂，精度要求高。本设计机加配置了1条全数控电极本体加工线和1条全数控接头自动加工线。以满足全部规格产品的机械加工要求。
6.4.12化验
为检查进厂原料,中间产品及产品的质量,需设立化验室。
化验粘结剂沥青和浸渍沥青的水分、软化点、灰分、甲苯不溶物、结焦值等。
化验煅烧石油焦的挥发分、水分、灰分、真密度、粉末电阻率、固定炭等。
筛分析、配料比的检验。
混捏糊料化验真、假密度、块状电阻率、抗压强度等以控制糊料质量。
生制品及成品的外观检查、取样进行真、假密度、抗压强度、电阻率、灰分、热膨胀率的测定等实验。
6.5、已完成项目情况介绍
第一期工程项目于2004年初开工建设，主要有煅烧、原料储存、破碎筛分、配料、沥青溶化、混捏、成型、生制品库。2005年底，一期工程项目基本完成，部分形成生产能力。具体情况如下：
6.5.1原料储存
配备φ6×20m钢料仓6座，可以储存物料1500吨。
6.5.2煅烧
采用24罐罐式煅烧炉，主要煅烧石油焦，为生产超高功率电极提供原料，产量1.2万吨/年。同时，利用其余热锅炉取代原燃煤锅炉，节约能源、改善环境。
6.5.3破碎、筛分
建有独立的三个破碎筛分系统，分别为多灰系统、少灰系统、返回料系统。主要设备有对辊破碎机、反击式破碎机、5辊雷蒙磨以及振动筛等，产量5万吨/年。
6.5.4配料系统
配备有自动化配料系统，有5组计量仓，有2个沥青计量秤，20个配料仓，产量可达5万吨/年，配料精度达到3‰。
6.5.5沥青溶化
设置有5个沥青溶化槽，两个焦油储存罐，可兼顾使用固体沥青和液体沥青，可以调整沥青软化点，以确保产量和产品质量。
6.6.6混捏
设计方案为6台3000L混捏锅，产量5万吨/年，现已配置4台混捏锅，还有两台待装。
6.5.7成型
该车间装备的主体设备是3500吨挤压机。该压机设计和制造是在消化吸收日本和德国同类压机技术的基础上，由上海重机厂制作，采用国际最先进的主捣卧挤方式，可以抽真空及随动剪切，是国内配置水平最高的压机之一。可以生产φ500～φ700大直径电极，产量为3.6万吨/年。
6.5.8生制品库
本项目生制品储存量大，为此专门设置生制品库，产品存放量可达2000吨。
以上项目工程于2006年元月投入试运行。2006年5月批量投入生产。主要生产φ500～φ600石墨电极。由于工序不完善，主要以半成品为。目前，该系统运行良好，产品质量完全达到设计要求。
6.6、新增技改内容
为了完善20000吨大规格超高功率石墨电极生产能力，还需要进行以下技术改造：改造原有焙烧炉提高产能到3万吨焙烧能力、增加自动化浸渍生产线、改造二次焙烧、改造机加工、合作完成串接石墨化。
6.6.1焙烧
原有焙烧炉能耗高，拟建设的两台焙烧炉采用国内先进的环保节能技术。一是焙烧过程中生制品排出的挥发份二次燃烧利用，提高热效率，减少排污量，再就是煤气发生炉采用两段式发生炉，利用当地丰富的烟煤替代无烟煤。同时煤气热值可以增加30%，降低生产成本。焙烧炉设计产能3万吨/年，可利用现有厂房和部分设施降低造价。
6.6.2浸渍
新建一条浸渍生产线，自动化控制。设计方案充分考虑到后期生产石墨化阴极和超高功率电极，该部分设计工作已完成，部分厂房以及浸渍罐主体已制作。
6.6.3二次焙烧
新建一台节能型二次焙烧专用隧道窑，既节能又环保，产能20000吨/年。
6.6.4石墨化
本项目计划与地方焦化企业合作完成串接石墨化，主要是利用焦炉余热发电，实现能源综合利用，降低成本。拟建两台12000KVA石墨化机组，产能20000吨/年。
6.6.5机加工
本项目设置两条机加工生产线，一条是电极本体加工机组，一条是电极接头加工机组，均可实现自动控制，具备2万吨/年的加工能力。电极接头加工机组现已制作完毕，只用完善电极本体加工机组。
7、项目投资测算
7.1已完成投资情况
项 目
已投资（万元）
成 型
9000
煅 烧
900
焙 烧
700
浸 渍
200
机加工
800
其 他
2900
合 计
14500
7.2新增投资测算
项 目
投资（万元）
焙 烧
2500
浸 渍
800
二次焙烧
1200
石墨化
2400
机加工
800
其 他
1000
合 计
8700

8、收益测算
8.1原材料辅助材料燃料以及产品价格表
项目名称
不含税单价(元/t)
针状焦
11965.81
延迟石油焦
1025.64
粘结剂沥青
2136.75
浸渍沥青
2393.16
冶金焦
500
动力电（元/kwh）
0.38
石墨化用电（元/kwh）
0.2
水
2
超高功率石墨电极
22222.22
8.2效益测算见附表
经测算本项目可实现销售收入44444.44万元，实现利润13000万元。
9．综合评价
本项目需新增建设投资万元8700，流动资金5000万元，建成投产后，年销售收入44444.44万元，年税后利润13000万元。不仅有较高的收益，而且产品市场前景广阔，有很强的竞争力。

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